4D-печать: патенты в мире и в России

4D-печать – это технология производства, при которой 3D-печатные объекты могут трансформироваться со временем под воздействием внешних факторов, таких как тепло, свет, влага или магнитные поля (время даёт 4-е «измерение» в дополнении к 3D-печати, которую мы уже освещали в нашей статье на Хабре). Технология применяется в аэрокосмической отрасли, биомедицинской инженерии и производстве «умных» материалов, позволяя создавать самособирающиеся конструкции, адаптивную одежду и реконфигурируемые компоненты.

Посмотрим, что происходит в этой сфере в России и мире с точки зрения патентов. 

Рынок

В маркетинговом исследовании (апрель 2026 года) дан глобальный обзор по материалам (полимеры, углеродное волокно, древесина, текстиль и т.д.), технологиям (материалы с памятью формы, самоорганизация, биопечать и др.), по конечным потребителям (аэрокосмическая и оборонная промышленность, автомобилестроение, здравоохранение, другие конечные потребители) + объем рынка, тенденции, стратегии и прогноз до 2035 года. Ожидается рост до 6,3 миллиарда долларов в 2030 году при совокупном годовом темпе роста (CAGR) в 35,4%. Движущие силы роста: спрос в аэрокосмической и оборонной отраслях, стимулирующий потребность в адаптивных и легких материалах, а также развитие здравоохранения с помощью биомедицинской 4D-печати. Крупнейшими компаниями, работающими на рынке 4D-печати, являются Stratasys Ltd., 3D Systems Corporation, Autodesk Inc., HP Inc., Materialise NV, Dassault Systèmes SA, ExOne Company, Organovo Holdings Inc., Poietis SAS, Nano Dimension Ltd., Zortrax S.A., Cyfuse Biomedical KK, Carbon Inc., Formlabs Inc., GRDXKN, Mitsubishi Chemical Corporation, Voxeljet AG, EOS GmbH Electro Optical Systems, Optomec Inc., Renishaw plc, ROKIT Healthcare Inc., Pandorum Technologies Private Limited, 4D Biomaterials Ltd., SMART3D Tech Ltd., Precise Bio Inc., Northrop Grumman Corporation, Airbus Group SE. Большинство из них известны по 3D-печати или имеют говорящие названия.

В данной статье рассмотрен патентный аспект.

Зарубежные патенты

На портале Google.Patents поиск по запросу 4D printing показывал более 100 000 документов на апрель 2026 г. В рамках Международной патентной классификации рейтинг тематик был следующим:

• обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F – 32,2%;

• пишущие машины; прочие устройства, печатающие последовательно отдельными знаками или буквами B41J – 17,7%;

• технология послойного синтеза, т.е. изготовление трёхмерных [3D] объектов добавочным нанесением, добавочной агломерацией или добавочным наслоением B33Y – 14,3%;

• формование или соединение пластиков; формование веществ в пластическом состоянии вообще; последующая обработка формованных изделий, например ремонт B29C – 11,2%;

• передача изображений, например телевидение H04N – 7,8%;

• передача цифровой информации H04L – 7,4% и т.д.

Как видите, в 4D-печати много тем с применением информационных техник, методов и технологий.

Динамика мирового патентования представлена на рис. 1.

Видно, что в 2000-х патентование изобретений было «на троечку». В 2010-2022 гг. оно резко выросло. Последние годы публикация патентов снизилась, возможно, из-за чувствительных к публичности оборонных разработок. Также возможен временной лаг между заявками и их одобрением.

Мировой рейтинг патентовладельцев следующий:

1. Pure Storage, Inc. – 22,5%;

2. Canon Kabushiki Kaisha – 4,7%;

3. Digimarc Corporation – 1%;

4. Xerox Corporation – 1%;

5. Brother Kogyo Kabushiki Kaisha – 0,9%;

6. Seiko Epson Corporation – 0,8%;

7. Kateeva, Inc. – 0,8%;

8. Hewlett-Packard Development Company, L.P. – 0,7%;

9. Ricoh Company, Ltd. – 0,7%;

10. Jiaxing Super Lighting Electric Appliance Co., Ltd. – 0,7%;

11. International Business Machines Corporation – 0,6%;

12. Applied Materials, Inc. – 0,6%;

13. Markforged, Inc. – 0,6%;

14. Eastman Kodak Company – 0,6%;

15. Landa Corporation Ltd. – 0,5%;

Из данного рейтинга очевидно лидерство американских и японских корпораций, чьи названия говорят сами за себя. На первом месте с большим отрывом от всех конкурентов Pure Storage, Inc. — американская технологическая компания, специализирующаяся на технологиях хранения и управления данными. В феврале 2026 года она провела ребрендинг и стала называться Everpure, Inc. По данным на 2026 год, выручка корпорации составила около $3,66 млрд, что на 15,6% больше по сравнению с предыдущим годом.

Примеры патентов:

• CN109746445B A processing method suitable for 4D printing nickel-titanium shape memory alloy.

• CN108969165B 4D printing shape memory polymer composite material tracheal stent and preparation method thereof.

• US20230330891A1 4-dimensional printing of reinforced concrete.

Российская интеллектуалка

В базе ФИПС числится только всего 2 патента РФ на изобретения на тему «4D-печать», один из которых принадлежит китайскому вузу:

№2772811 (2022) Способ получения сплава TiNi с прогнозируемыми свойствами с помощью аддитивных технологий. ГК «Росатом». Изобретение относится к области аддитивных технологий, в частности получения изделий из сплавов системы TiNi, обладающих эффектом памяти формы, методами аддитивных технологий, известных также под термином 4D-печать. Способ аддитивного производства сплавов системы TiNi включает обеспечение порошка сплава системы TiNi, определение точного химического состава порошка и его температуры мартенситных превращений, загрузку порошка в установку селективного лазерного плавления и проведение селективного лазерного плавления с получением сплава. 

№2805920 (2023) Способ получения 4D термочувствительного гидрогеля на основе хитозана. Циндао Юниверсити (CN). Настоящее изобретение относится к способу получения 4D термочувствительного гидрогеля на основе хитозана, включающему следующие стадии: (1) при комнатной температуре взвешивание хитозана, растворение хитозана в растворе уксусной кислоты, перемешивание до полного растворения хитозана с получением раствора хитозана; использование 4D-биопринтера для печати раствора хитозана в термочувствительный гидрогель на основе хитозана с размером пор 50-100 мкм в соответствии с заданными параметрами печати: интервал между отверстиями 600 мкм, высота слоя 100 мкм, температура слоя -25°С, скорость печати 15 мм/с, диаметр сопла 0,3 мм и производительность 0,1 г/мин; и лиофилизация после экстракции растворителем с получением лиофилизированного хитозана; (2) загрузка сверхчистой воды и β-глицерофосфата натрия в емкость с водяной баней при температуре 60-70°С; после растворения β-глицерофосфата натрия естественное охлаждение до комнатной температуры с получением водного раствора β-глицерофосфата натрия; (3) приготовление водного раствора карбоксиметилхитозана со сверхчистой водой при комнатной температуре, добавление по каплям водного раствора β- глицерофосфата натрия, полученного на стадии (2), в водный раствор карбоксиметилхитозана и тщательное перемешивание с получением смеси; и (4) сшивание лиофилизированного хитозана, полученного на стадии (1), со смесью, полученной на стадии (3), в течение 1-2 мин с получением 4D термочувствительного гидрогеля на основе хитозана с однородным размером пор; причем концентрации хитозана, карбоксиметилхитозана и β-глицерофосфата натрия в 4D термочувствительном гидрогеле на основе хитозана, полученном на стадии (4), составляют 10-30 масс.%, 10-30 масс.% и 60-80 масс.% соответственно. 

В базе ФИПС по запросу «4D-печать» не обнаружены ни патенты РФ на полезные модели, ни базы данных, ни программы для ЭВМ. Для российских компаний и организаций это принципиально новая сфера для исследований и разработок.

НИОКР

В ГИС «Наука и инновации» по запросу «4D-печать» найдено 15 документов, в основном отчёты по НИР. В рамках действующих договоров о сотрудничестве ведутся многолетние совместные работы по 4D-печати, в частности Московским государственным медицинским университетом им. И.М. Сеченова, Сибирским федеральным университетом, Институтом элементоорганических соединений РАН им. А.Н. Несмеянова, Институтом неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, Институтом физического материаловедения СО РАН, Институтом высокомолекулярных соединений РАН, Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, НИЦ «Курчатовский институт».

В 2021-2024 гг. выполнена в МГТУ ИМ. Н.Э. Баумана НИР «4D-печать функциональных полимеров с избирательно активируемым откликом». Российский научный фонд выделил грант 23,1 млн руб. Показано, что водный раствор азобензолсодержащего ПУ не совместим с водным раствором ПНИПАМ при концентрация последнего от 0,5 до 2,5 масс.

Исследование возможности in situ контроля функциональных свойств никелида титана, полученного методом селективного лазерного плавления, осуществляется в 2025-2026 гг. в МИСИС. Руководитель к.ф.-м.н. Лянге М.В. является опытным специалистом в исследованиях различных интерметаллических сплавов, в том числе с эффектом памяти формы. 

Разработку функциональных композитных материалов на основе гетероцепных полимеров за грант 57,7 млн руб. от Минобрнауки РФ осуществляет Байкальский Институт Природопользования Сибирского отделения РАН в 2026-2030 гг. На протяжении многих десятков лет коллективом лаборатории химии полимеров БИП СО РАН ведутся систематические работы по синтезу термо- и теплостойких полимеров с улучшенным комплексом эксплуатационных характеристик и разработке материалов на их основе. Коллективом разработаны оригинальные подходы к синтезу ароматических полиамидов, полиимидов, полибензимидазолов и их сополимеров, в том числе с использованием активных реакционных сред. При этом разработанные подходы универсальны и позволяют синтезировать широкий спектр гомо- и сополимеров с самыми разнообразными фрагментами в основной цепи и желаемыми функциональными группами. Получаемые (со)полимеры, как правило, обладают хорошей растворимостью в органических растворителях, оптической прозрачностью и высокими тепло- и термостойкостью. Публикации о выполненных работах:

• «Сибирские ученые разработали термостойкие полимеры для 4D-печати» (газета «Наука в Сибири»); 

• «Ученые БИП СО РАН разработали термостойкие полимеры для 4D-печати»: 

Российские НИОКТР позволяют ожидать новые патенты на изобретения и полезные модели.

Заключение

В мире последние 15-20 лет наблюдается активное патентование в области 4D-печати, особенно много в США и в Японии.

В РФ интеллектуальная собственность немногочисленная, в этой сфере запатентовано только одно изобретение от ГК «Росатом», имеется патент РФ от китайского университета. 

Между тем в научно-исследовательские работы включилось более 10 организаций, в основном структуры РАН, вузы, НИЦ «Курчатовский институт». 

Появляются первые диссертации молодых учёных, например Никита Востров защитил в Тверском Университете кандидатскую в конце 2024 г. на тему «Дипольное упорядочение и электрофизические свойства пленок поливинилиденфторида и его сополимера с трифторэтиленом, изготовленных методом 4D-печати». Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, и… ни одной заявки на изобретение в области 4D-печати.